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Method Article
Das folgende Protokoll stellt Techniken zur Verkapselung Pankreas β-Zellen in Schritt-Wachstum PEG-Peptid-Hydrogele durch Thiol-En-Foto-Klick-Reaktionen gebildet. Dieses Material-Plattform bietet nicht nur eine cytocompatible Mikroumgebung für Zellverkapselung, sondern erlaubt auch benutzergesteuerten rasche Erholung von Zellstrukturen innerhalb der Hydrogele gebildet.
Hydrogele sind hydrophile, vernetzte Polymere, die eine dreidimensionale Mikroumgebung mit Gewebe-ähnliche Elastizität und hohe Durchlässigkeit für Kultivieren therapeutisch relevante Zellen oder Gewebe bereitzustellen. Hydrogele aus Poly (Ethylenglykol) (PEG)-Derivate hergestellt werden zunehmend für eine Vielzahl von Gewebe-Engineering-Anwendungen verwendet, zum Teil aufgrund ihrer abstimmbaren und cytocompatible Eigenschaften. Bei diesem Protokoll, verwendeten wir Thiol-En-Schritt-Wachstum Photopolymerisationen bis PEG-Peptid Hydrogele zur Verkapselung pankreatischen MIN6 b-Zellen herzustellen. Die Gele wurden durch 4-Arm PEG-Norbornen (PEG4NB) Makromer und Chymotrypsin-sensitive Peptid Vernetzer (CGGYC) gebildet. Die hydrophilen und nicht-Fouling Art PEG bietet eine cytocompatible Mikroumgebung für das Überleben der Zelle und die Proliferation in 3D, während die Verwendung von Chymotrypsin-sensitive Peptidsequenz (C GGY ↓ C, gibt der Pfeil Enzymspaltstelle, während Endgerät ZysteEine Rückstände wurden Thiol-En-Vernetzung hinzugefügt) ermöglicht die schnelle Wiederherstellung von Zellkonstrukte bilden innerhalb des Hydrogels. Das folgende Protokoll ausarbeitet Techniken für: (1) Verkapselung von MIN6 β-Zellen in Thiol-En-Hydrogele, (2) Qualitative und quantitative Zelllebensfähigkeit Assays zum Zellüberleben und Proliferation zu bestimmen, (3) Wiedergewinnung von Zellen Sphäroide mit Chymotrypsin-vermittelte Gel Erosion; und (4) Strukturelle und funktionelle Analyse der gewonnenen Sphäroide.
Hydrogele sind hydrophile vernetzte Polymere mit außergewöhnlichem Potenzial als Gerüstmaterial für die Reparatur und Regeneration von Geweben. 1-3 Der hohe Wassergehalt der Hydrogele ermöglicht eine einfache Diffusion von Sauerstoff und Austausch von Nährstoffen und zellulären Stoffwechsel-Produkte, die alle entscheidend für die Erhaltung der Lebensfähigkeit der Zellen sind. Zusätzlich Hydrogele ausgezeichnete Träger für die kontrollierte Freisetzung und Zellabgabesystem aufgrund ihrer hohen Abstimmbarkeit sind. 2 Synthetisches Hydrogele, wie sie aus Poly (Ethylenglykol) (PEG) hergestellt werden zunehmend in Tissue Engineering-Anwendungen verwendet, hauptsächlich wegen ihrer cytocompatibility, gewebespezifische Elastizität und hohe Abstimmbarkeit Material-physikalischen und mechanischen Eigenschaften. 4-6
Obwohl eine häufig verwendete Hydrogel Plattform haben Studien gezeigt, dass PEG-diacrylat (PEGDA) Hydrogele durch Ketten-Wachstum gebildet Photopolymerisationen eine Tendenz zu beschädigen eingekapselt Zellen haben During Netzwerk Vernetzung und in situ Zelleinkapselungsvorrichtung. 7 Die Zellschädigung wurde weitgehend Radikalspezies von den Photoinitiator-Moleküle, die durch die Vinylgruppen an PEGDA zu vernetzen Polymerketten in Hydrogele Propagation generiert wird. Leider sind diese Radikalspezies auch verursachen Spannungen und Zellschäden während Zelleinkapselungsvorrichtung, insbesondere für Rest-empfindlichen Zellen wie Pankreas-β-Zellen. 8-10 Um eine höhere Maschengröße für eine bessere Diffusion und Zellüberleben höheren Molekulargewichten erhalten PEGDA werden häufig für Zellverkapselung verwendet. Dies ist jedoch beeinträchtigt Polymerisationskinetik und bewirkt suboptimalen Gel biophysikalischen Eigenschaften. 7,11,12 Zusätzlich zu den oben genannten Nachteilen, ist es sehr schwierig ist, Zellstrukturen von PEGDA Hydrogele erholen aufgrund der Heterogenität und nicht abbaubaren Natur die vernetzten Netzwerken. Während Protease-sensitiven Peptide eingebaut werden könnenin PEG Makromergerüst die ansonsten inert PEGDA Hydrogele empfindlich gegenüber enzymatischer Spaltung zu rendern, die Konjugation verwendet häufig teure Reagenzien und die erhaltenen Netze enthalten noch hohe Heterogenität aufgrund der Art von Kette-Wachstum Polymerisation. 13-15
Kürzlich wurden PEG-Peptid-Hydrogele über Schritt-Wachstum Thiol-En-Photopolymerisation gebildet wurde gezeigt, dass bevorzugte Eigenschaften für Zell-Kapselung über Hydrogele durch Ketten-Wachstum Photopolymerisation gebildet aufweisen. 7 Die Superior Gelierung Kinetik der Thiol-En-Hydrogele zur Klick zurückzuführen "Natur der Reaktion zwischen Thiol-und En-Funktionalitäten. Im Vergleich zu Ketten-Wachstum Polymerisation von PEGDA ist Thiol-En-Reaktion weniger Sauerstoff inhibiert, was zu einer schnelleren Gelierung bewerten. 16,17 Thiol-En-Hydrogele haben auch höhere Polymerisation Effizienz und bessere Gel biophysikalischen Eigenschaften im Vergleich zu Ketten-Wachstum PEGDA Hydrogele, 7 , 18 </ Sup> was ergibt begrenzten Zellschäden durch Radikale während der Photopolymerisation verursacht.
Zuvor Thiol-En-Hydrogele durch 4-Arm-PEG-norbornen (PEG4NB) Makromer und Bis-Cystein enthaltende Peptid Vernetzern wie gebildeten Protease-sensitive Peptide wurden für Zelleinkapselungsvorrichtung verwendet worden. 7,18 Breitband Abstimmbarkeit PEG Hydrogel Netzwerke bietet eine flexible und steuerbare 3D-Mikroumgebung für die Untersuchung Zellüberleben und Aktivität, während die Verwendung von Protease-sensitive Peptidsequenz eine milde Weise zur Rückgewinnung des Zellkonstrukte natürlich innerhalb Hydrogele gebildet. In diesem Protokoll verwenden wir Stufenwachstum photopolymerisierten Thiol-En-Hydrogelen hergestellt unter Verwendung von 4-Arm-PEG-norbornen (PEG4NB) und eine Chymotrypsin-sensitive Peptid Vernetzer (CGGY ↓ C) für die Einkapselung von MIN6 β-Zellen. Dieses Protokoll systematisch erarbeitet Techniken zur Untersuchung das Überleben, die Proliferation und Sphäroidbildung der MIN6β-Zellen in Thiol-En-Hydrogele. Wir bieten weitere Methode zur β-Zell-Sphäroid Erholung und biologische Charakterisierung der gewonnenen Sphäroide.
A. Makromer und Peptidsynthese
Synthesemaßstab | 0,1 mmol | 0,2 mmol |
Power | 20 W | 50 W |
Temperatur | 75 ° C | 75 ° C |
Zeit | 3 min | 3 min |
Synthesemaßstab | 0,1 mmol | 0,2 mmol |
Power | 20 W | 50 W |
Temperatur * | 75 ° C | 75 ° C |
Time * | 5 min | 5 min |
B. Material Vorbereitung und Sterilisation
C. Cell Preparation
D. Hydrogel Fabrication and Cell Encapsulation
E. Zelllebensfähigkeit Assay
Encapsulated Zellmorphologie beobachtet mit Lichtmikroskop (da die synthetisierten Hydrogele transparent sind). Die Lebensfähigkeit der Zellen können visualisiert werden und qualitativ mit Live / Dead-Färbung und quantitativ mit AlamarBlue Reagenz gemessen.
E.1. Live / Dead-Färbung
E.2. AlamarBlue Assay
F. Chymotrypsin vermittelten Gel Erosion und Spheroid Wiederherstellung
G. Functional Test der Geheilte Spheroids
G.1. Glucose stimulierte Insulinsekretion aus den gewonnenen Zellen Sphäroide
G.2. CellTiter Glo Assay
G.3. Bestimmen Insulinsekretion
Die Abbildungen 1-4 zeigen repräsentative Ergebnisse für die Verkapselung, Überleben, Proliferation, Sphäroidbildung und Sphäroid Erholung in Thiol-En-Hydrogele. Abbildung 1 zeigt die Reaktion Schema (1) Schritt-Wachstum Thiol-En-Photopolymerisation mit PEG4NB und CGGYC, und ( 2) Chymotrypsin vermittelten Gel Erosion, die eine Oberflächenerosion Mechanismus folgt. Abbildungen 2 und 3 zeigen die Lebensfähigkeit erzielten Ergebnisse mit Live ...
Das beschriebene Protokoll enthält Angaben auf einfache Verkapselung von Zellen in Thiol-En-Hydrogele durch Schritt-Wachstum Photopolymerisation gebildet. Während ein stöchiometrisches Verhältnis von 1:1 Norbornen zu Thiolfunktionen in diesem Protokoll verwendet wurde, kann das Verhältnis eingestellt in Abhängigkeit von den Experimenten werden. Neben einer korrekten Formulierung, ist es wichtig, um die Homogenität in der Prepolymerlösung aufrechtzuerhalten. Insbesondere verwenden vorsichtiges Pipettieren zu gew?...
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Dieses Projekt wurde durch die NIH (R21EB013717) und IUPUI OVCR (RSFG) finanziert. Der Autor dankt Frau Han Shih für ihre technische Unterstützung.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Name | Firma | Catalog Number | Kommentare |
4-Arm PEG (20kDa) | Jenkem Technology USA | 4ARM 20K-PEG- | |
Fmoc-Aminosäuren | Anaspec | ||
Live / Dead Zellviabilität Kit | Invitrogen | L3224 | Inklusive Calcein AM und Ethidium Homodimer-1 |
AlamarBlue Reagenz | AbD Serotec | BUF012 | |
CellTiter Glo Reagenz | Promega | G7570 | |
DPBS | Lonza | 17-512F | Ohne Ca +2 und Mg +2 |
HBSS | Lonza | 10547F | OhneCa +2 und Mg +2 |
Hohe Glucose DMEM | Hyclone | SH30243.01 | |
FBS | Gibco | 16000-044 | |
Antibiotikum-Antimykotikum | Invitrogen | 15240-062 | |
β-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M7522-100ML | |
Trypsin-EDTA | Invitrogen | 15400-054 | |
Trypsin-freien α-Chymotrypsin | Worthington Biochemical Corp | LS001432 | |
Maus Inusin ELISA Kit | Mercodia | 10-1247-01 | |
1 ml Einwegspritze | BD Biosciences |
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